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巡游太阳系  

2012-07-13 11:44:31|  分类: 天文知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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现代太阳系天文学的一个重要内容,是地球与其他行星的比较以及不同行星之间的相互比较。太阳系内行星与其他其他大天体的集约研究成为比较行星学,能使我们获得关于地球的历史和未来的大量知识。

通过比较不同行星的地质和大气的相似性和差异性,有助于我们了解地球和太阳系内的其他世界。例如,通过分析火星、水星、和月球之类的岩态天体的陨击坑和古老的熔岩流,我们可以还原它们的过去;相反,通过分析金星,我们发现它被厚厚的、由二氧化碳组成的大气包裹,表面温度很高,这似乎昭示着地球温室效应的可怕后果。

从陨击坑、火山之类的地质现象,到风暴不息的大气和美丽壮观的环系,太阳系充满神奇。既然在地球上的许多极端环境下也有生命存在,那么我们就有理由去探测在其他行星和卫星上是否也有生命存在。我们将从整体上,将太阳系与其他恒星的行星系统作一比较。

巡游太阳系 - 冷公子 - 冷公子的博客
 
太阳系的地位
太阳系内有各种不同大小、颜色的天体,其环境也多种多样。这些天体既包括巨大的气态球,也包括微小的岩石球,既有脆弱的冰壳卫星,也有微弱的“自引力”下松散地结合在一起的碎石团块。太阳系包括太阳(一颗普通的恒星)和所有环绕它旋转的天体。太阳系的主要成员是九大行星[2003年10月,美国天文学家迈克·布朗(Mike Brown)等在太阳系外缘的柯伊伯带内发现了一个略大于冥王星的天体,临时名称为“齐娜”(Xena)。实际上,冥王星也位于柯伊伯带内,而且就目前所知,冥王星的表面主要是冻结的CH4N2、CO和水冰,其性质属于柯伊伯带天体。2006年8月,在布拉格召开的国际天文学联合会的大会上,通过了关于行星的新定义(认为行星必须同时具有下列主要属性:能通过自身引力成为圆球形;已经把其轨道周围的行星际空间清扫干净),并且通过决议把冥王星和齐娜连同最大的小行星谷神星划为一类,成为矮行星,因为它们都不能同时满足关于行星的新定义。2006年9月,齐娜被正式命名为Eris(希腊神话中惹起纷争的女神,中文译名为阋神星)。这样,过去的太阳系有九大行星之说被修改为太阳系有八大行星。——译者注]
如果从太阳北极的正上方去看,所有行星都以相同的逆时针方向环绕太阳运行。除了水星和冥王星以外,其他行星的轨道近似为圆形,而且局限在一个与太阳的赤道面略成夹角的平面内。这种有序的性质很重要,因为这为说明行星在几十亿年前如何形成提供了直接的约束条件。太阳系不仅极为广阔,而且极其空旷。行星与它们之间的距离相比,显得极其微小。如果太阳系缩小150亿倍,并以一个直径10厘米的电灯泡代表的话,那么最大的行星木星将是一颗直径1厘米的石珠,距离电灯泡52米。在这种比例之下,地球将是一颗直径1毫米的微粒,距离电灯泡约11米。冥王星是距离太阳最远的行星,它的大小还不及本文的一个句号,与电灯泡的距离是317米。如果你想把最邻近的恒星半人马座α也算进来,那么你必须在约2900千米之外放上另一个电灯泡。
在更大的尺度上,2000亿颗恒星通过引力,集结形成旋涡状的银河系,太阳只是这些恒星中的一个。说明这一点是重要的。太阳只是银河系的普通一员,并无特别之处,距离银河中心约2.6万光年(1光年是光线在1年里经过的距离,等于9.46×1012千米)。太阳及太阳系的其他成员,每2.25亿年环绕银河一周。此外,在宇宙中,在银河系所在的角落,约有25个星系通过引力集结成群,银河系也是普通一员,并无特殊地位。在可观测的宇宙中,有1000亿个形形色色的星系,银河系及其邻近星系只不过是微不足道的一部分。所有这些星系又都包含着成千上万亿颗恒星,构成了宏大又绚丽的宇宙场景。
太阳系的组成
太阳
统治着太阳系。它的质量是太阳系总质量的99%以上,从而提供了主要的引力场,保持行星在各自的轨道上旋转。太阳的辐射是行星的首要热源,也是供行星反射的首要光源。行星本身确实不发光。

从太阳向外,第一个行星是水星,在地球上很难观测到它,因为它总是低低地悬在地平线上。水手10号飞船于1974年拜访了水星,人们通过传回的图像发现它的表面遭受了严重的陨击,使人联想到地球的卫星月球。这颗较小的岩态行星的硬壳表面也布满了宽阔的裂缝和断层,它们是当水星形成后还在冷却和压缩时产生的。水星没有大气,也没有卫星,由于它的铁核较大,因此它是太阳系密度最大的行星。

金星也难以从地球去观测,因为它的表面完全被浓密的,主要由二氧化碳组成的大气包裹着。虽然这颗行星的大小和体积与地球相似,但是它的浓密大气形成了一种重重挤压的表面环境,因为它的大气压是地球大气压的90倍。金星的恶劣大气也产生了极端的温室效应,蓄积太阳辐射,把金星表面加热到达480°C 左右。宇宙飞船发现金星表面有由古代熔岩形成的广阔平原,这说明金星在几亿年前经历了灾难性火山活动。

只有我们所居住的地球的表面有液态水的海洋,并具有极为多样的生物种类,这些是地球最显著的特征。地球是当前太阳系内地质活动最活跃的行星,它的内部热量为火山提供能量,表面的地壳运动引起破坏性的地震。地球的卫星与其自身相比显得相当大,这也是异乎寻常的。

以罗马的战神命名(即Mars)的红色行星火星,是人类除地球外最仔细地研究过的行星。过去30年以来,一批批轨道飞船、探测器和着陆器飞向这颗行星。通过地基望远镜,人们能长期观测火星两极冰冠的季节性变化和席卷整个行星的尘暴。火星具有稀薄的二氧化碳大气和极其寒冷的表面平均温度(-63°C)。这个令人神往的世界布满着巨大的死火山,深峡谷和过去湿润的迹象。也有可能过去的火星上曾经有原始细菌之类的生命形式存在,甚至现在还有。

下一颗行星木星是太阳系最大的行星,也是四颗气态巨行星中最靠近太阳的一颗。木星有涡动的上层大气,猛烈的飓风和带状喷射风等剧烈的天气活动使其看上去伤痕累累。木星的卫星阵容庞大,其中有些各具特色、引人入胜。对于这个行星之王的最近的探测,是在20世纪90年代由伽利略宇宙飞船开展的。

土星是太阳系第二大气态巨行星,它的整体结构与木星全面相似。虽然4颗气态行星都有环绕环绕,但是其余3颗都不如土星周围的环那么光辉夺目、美轮美奂。土星有许多卫星,其中几个身陷环之内,现在我们已经明白正是它们铸就了其周围物质的复杂结构。卡西尼号宇宙飞船是第一艘环绕土星探测的飞船,当前它正在发回土星的精美而全新的画面。

天王星离太阳更远,它绕行太阳1周费时84地球年。英国天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)于1781年发现了天王星,但是直到20世纪80年代中期,当旅行者2号飞船飞过它的时候,才实现了对它的近距离观测。与其他行星相比,天王星因其自转轴的倾斜而颇显特殊。它看来似乎侧身躺在轨道上。天王星有超过20颗卫星,还有一个精致的环系。

天王星有一个孪生兄弟,即离太阳更远的海王星。然而,海王星的天气系统更加活跃,有强烈的星风和旋风般的风暴。海王星至少拥有10颗卫星和若干复杂的环,旅行者2号飞船曾于1989年拜访了它们。

冥王星是离太阳最远的行星,它绕行太阳1周费时248地球年。它是由冰和岩石构成的小天体,与巨行星的一些卫星十分相似,加上近来在海王星之外发现了类似的绕行天体,促使人们重新讨论冥王星是否属于行星。

 

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